Способ очистки загрязненных почв, содержащих вредные вещества

 

Почвы, содержащие песок и глины, загрязненные ядерными отходами, элементарной ртутью или смешанными отходами, включающими также вредные органические соединения, очищают обработкой одним безводным жидким аммиаком или аммиаком в сочетании с сольватированными электронами. Способы включают концентрирование радионуклидов, например плутония и урана, в мельчайших частицах почвы и глины с получением остаточного продукта, практически не содержащего загрязняющих веществ, что позволяет осуществить рекультивацию почвы. Технический результат заключается в том, что за счет концентрирования ядерных отходов в частицах почвы объем пространства, обычно требуемого для хранения необработанной почвы, и расходы на это значительно снижены. Аммиачные жидкости, такие как безводный жидкий аммиак, облегчают очистку за счет измельчения почвы с получением тонких дисперсий, откуда выделяют капли ртути. Высокая плотность ртути позволяет более крупным частицам почвы осесть, а ртуть отделяют от частиц почвы. 3 с. и 34 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам очистки почвы от загрязнений, более конкретно к очистке почв, содержащих ядерные отходы, почв, содержащих ртуть, и почв, загрязненных смешанными отходами, способами, которые также позволяют рекультивировать обработанную почву.

Предпосылки создания изобретения.

В результате осуществления испытаний вооружения, включающих детонацию ядерных установок, в США и за рубежом, окружающая среда и, в частности, большие площади почвы в районах испытаний были загрязнены ядерными отходами. В некоторых случаях, например, детонация ядерной установки не обеспечила достижение необходимой критической массы радиоактивных компонентов, что привело к рассеянию на огромных площадях в зоне испытаний в пустыне значительных количеств обогащенных урана и плутония. Кроме испытаний ядерного оружия, загрязнение почвы радиоактивными веществами возникает в центрах, производящих ядерное оружие, таких как в Hanford, Washington; Rocky Flats, Colorado; Savannah River, Georgia; Oak Ridge, Tennessee и т.д., при утечках или выделениях в окружающую среду.

Попытки успешной очистки этих площадей были затруднены и оказались чрезвычайно дорогостоящими вследствие огромных количеств почвы, требующих обработки и/или хранения.

Очистка обычно означала медленный и дорогой процесс, при котором загрязненную почву собирали и перемещали в другое место на хранение. Заброшенные соляные копи и горные выработки были предложены в качестве хранилищ для ядерных отходов, но слишком часто затем отвергались по техническим и/или политическим причинам. Из-за ограниченного пространства, доступного для хранения ядерных отходов, рекультивация загрязненных площадей продвигалась медленнее.

С целью преодоления кризиса в области хранения ядерных отходов для уменьшения огромных количеств загрязненной почвы, требующей хранения, были предложены системы, в которых радиоактивные компоненты концентрируются в какой-то части почвы. Например, в одной системе применяют способ водной промывки, требующей использования химических агентов для промывки почвы, множества стадий разделения, обработки воды и т.д. Хотя этот способ является довольно эффективным, обеспечивая концентрацию радиоактивных компонентов в алеврите и глинистых фракциях почвы, он требует больших капитальных и рабочих затрат на тонну обрабатываемой почвы, что считается экономически нецелесообразным. Соответственно большинство методов, предложенных для концентрирования ядерных отходов, не получили широкого распространения.

Как и в случае ядерных отходов, загрязнение почвы ионами, а также элементарной ртутью также представляет серьезную угрозу для живой природы, причем эта угроза для окружающей среды сохраняется долго.

Случаи загрязнения окружающей среды ртутью хорошо известны. Одним из источников загрязнения ртутью служило использование ртутных электролитических ячеек при синтезе хлора и каустической соды. В ртутной ячейке используется ртутный катод, поэтому полученный металлический натрий, образующийся на катоде, быстро реагирует со ртутью, с образованием амальгамы, NaHg, таким образом отделяясь от других продуктов. Последующая обработка водой превращает амальгаму NaHg в каустическую соду, водород и металлическую ртуть, последнюю возвращают в цикл для дальнейшего использования. Хотя этот тип электролитической ячейки постепенно исчезает из промышленности из-за загрязнения окружающей среды ртутью, другие области применения ртути, помимо электродов, включают фотографию, электрические переключатели, регулирующие устройства, катализаторы и т.д. Они также способствовали загрязнению озер, океанов и почвы. Загрязнение окружающей среды ртутью и ее восстановление представляют большую проблему.

Другие проблемы, связанные с окружающей средой, относятся к способам обработки почвы, загрязненной "смешанными отходами". Выражение "смешанные отходы" означает отходы, содержащие два или несколько разных классов загрязняющих веществ, требующих разложения или удаления. Одним примером почвы, загрязненной смешанными отходами, являются почвы, загрязненные ПХБ, например, диэлектрическими жидкостями, попавшими в почвы, загрязненные также элементарной ртутью.

Вместе они представляют собой смесь, с трудом поддающуюся обработке с использованием обычных технологий. В то время как почвы, содержащие ртуть, могут использоваться для насыпей, наличие ПХБ не позволяет делать насыпи в тех районах, где не разрешено использовать почвы с ПХБ. Следовательно, обычно нельзя делать насыпи из такой почвы.

Кроме того почвы, загрязненные ПХБ, можно сжигать, но наличие ртути мешает этому, так как окиси ртути, образовавшиеся при сжигании, являются вредными при выделении в атмосферу.

Эта дилемма исторически привела к тому, что смешанные отходы требуют значительных расходов на обработку.

Соответственно существует необходимость в создании нового экономичного способа очистки почв, содержащих ядерные отходы, такие как отходы, образовавшиеся в местах производства ядерного оружия, испытания ядерного оружия и там, где обработка связана со значительными объемами почвы, загрязненной радиоактивными материалами. Способ должен обеспечить уменьшение пространства, требующегося в противном случае для хранения необработанных почв, путем концентрации в небольшой фракции почвы, а также обеспечить рекультивацию этих участков.

Точно так же нужен механизм, при котором элементарная ртуть и смешанные отходы, содержащие ртуть и другие загрязняющие вещества, такие как органические вещества типа пестицидов, диоксинов, ПХБ, и/или ядерные отходы, типа радионуклидов, могут быть легко отделены от почвы для последующего выделения и соответствующего употребления.

Сущность изобретения.

Таким образом, основной целью изобретения является создание усовершенствованных, более экономичных способов отделения радиоактивных компонентов от загрязненной почвы, при этом обработанная почва становится достаточно очищенной от токсичных радиоактивных компонентов, чтобы позволить осуществление рекультивации почвы. Выражение "достаточно очищенной" означает почву, обработанную согласно данному изобретению таким образом, что она: (i) практически не содержит всех нежелательных радиоизотопов (радионуклидов), или (ii) содержит остаточные количества слабых радиоизотопов, что позволяет рекультивировать эту почву, или (iii) содержит такие количества слабых радиоизотопов, которые могут быть разбавлены в достаточной степени инертным веществом для уменьшения ее активности до приемлемого уровня.

Выражения, такие как "ядерные отходы" и радиоактивные отходы", упоминаемые в данном описании и формуле, относятся к почвам, загрязненным изотопными формами элементов, имеющих нестабильные ядра, которые распадаются и выделяют энергию обычно в виде альфа-частиц, бета-частиц и гамма-лучей. Они в основном включают продукты или побочные продукты расщепления ядер или непрореагировавшие продукты ядерного деления.

Примеры включают такие радионуклиды, как Cs¹³⁷; Co⁶⁰; K⁴⁰; Pu²³⁶; U²³⁵, U²³⁸, Ru¹⁰³, Te; Sr⁹⁰; Rb; Y; Re; Rh; Pd; Tc; Np и Am.

Способы по изобретению обеспечивают выделение ядерных отходов во фракции почвы, особенно, в маленькие частицы с большой поверхностью, такие как почвенная мелочь и алевритовые фракции глины, для последующего хранения или обработки. Путем концентрации ядерных отходов в частицах почвы и алеврита добиваются значительного уменьшения требующегося для хранения пространства на тонну обработанной почвы, примерно на 90% по сравнению с пространством, требующимся для хранения необработанной почвы.

Способы по изобретению включают стадии: (а) смешения аммиачной воды с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость-ядерные отходы, (б) селективного осаждения частиц почвы из суспензии или дисперсии со стадии (а) с образованием нижней твердой фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в аммиачной жидкости, (в) отделения верхней фазы жидкость-твердые вещества от нижней твердой фазы частиц почвы, причем мельчайшие частицы верхней фазы жидкость-твердые вещества содержат большую часть радионуклидов, или, другими словами, нижняя твердая фаза практически не содержит ядерных отходов, что делает возможным рекультивацию почвы, и (г) отделения аммиачной воды от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы с целью использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц.

Термин "использование" означает хранение мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы. Выражение "дальнейшая обработка" означает любую процедуру, изменяющую потенциально токсичные свойства радионуклида с превращением его в вещества с пониженной токсичностью, менее вредные для окружающей среды, или в вещества, которые могут быть выделены как полезные побочные продукты.

Следует иметь в виду, что способы хранения и дальнейшей обработки концентрированных ядерных отходов не входят в объем данного изобретения. Такие методы известны специалистам.

Mazur et al. в пат. США 5110364 описывают использование аммиака для предварительной обработки при десорбции органических соединений, таких как ПХБ, из почвы с последующим химическим разложением соединения путем дегалоидирования по механизму химического восстановления сольватированными электронами. Mazur et al., однако, не описали и не предложили использование аммиака в качестве средства для разделения почвы на фракции, когда более крупные частицы с меньшей площадью поверхности отделяются от менее плотной фазы жидкий аммиак - твердые вещества, содержащей более мелкие частички почвы с большей площадью поверхности. В отличие от этого способа Mazur et al. обеспечивают обработку "всей" почвы при уменьшении содержания галогенированных углеводородов, загрязняющих почву, без выделения вначале частиц из суспензии, содержащей самую высокую концентрацию загрязняющих веществ.

Было установлено, что радионуклиды имеют предпочтительное сродство к более мелким частицам с большей площадью поверхности и алевритам почв, глины и песка.

Следовательно, при выделении мелочи и частиц алеврита, особенно более мелких частиц, имеющих большую площадь поверхности в сравнении с частицами, осаждающимися из дисперсий аммиак-почва, в действительности осуществляют эффективное концентрирование ядерных отходов в самом маленьком объеме природного твердого носителя для эффективного уменьшения количества материала, который необходимо хранить или подвергать дальнейшей переработке.

Соответственно основная цель данного изобретения заключается в создании усовершенствованного более экономичного способа концентрирования значительной части ядерных отходов в небольшой фракции почвы для более эффективного управления проектами очистки почвы, связанными с большими объемами почвы, чтобы обеспечить рекультивацию больших объемов ранее загрязненной почвы.

Еще одной целью изобретения является возможное включение стадии выделения и возвращения для повторного использования в описанном способе аммиака со стадии (г), причем выделение и повторное использование осуществляют известными методами.

Для целей данного изобретения выражения "жидкий аммиак" и "аммиачная жидкость", означают жидкий аммиак, например, безводный жидкий аммиак, растворы, содержащие аммиак, например, водные растворы аммиака и т.д.

В случае вариантов, требующих применения сольватированных электронов, обсуждаемых подробно ниже, когда электроны получают при растворении металлов в жидком аммиаке или другом азотсодержащем основании, предпочтительны неводные жидкие основания, например, безводный жидкий аммиак.

Еще одной целью изобретения является создание дополнительного варианта изобретения для очистки почвы, содержащей ядерные отходы, включающего стадии: (а) смешения жидкого аммиака или аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с получением дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ядерные отходы, (б) обработки дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом, (в) селективного осаждения частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (б) с образованием нижней фазы частиц почвы и образованием верхней фазы жидкость - твердые частицы, содержащей мельчайшие частицы почвы, суспендированные в жидком аммиаке или аммиачной жидкости, (г) отделения верхней фазы жидкость-твердые частицы от нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза частиц почвы практически не содержит ядерных отходов, и
(д) выделения аммиака из частиц почвы для использования или дальнейшей обработки мельчайших частиц.

Было замечено, что аммиак обладает уникальной способностью образовывать очень тонкие суспензии при смешении с почвами, в то же время отмечалось, что дисперсии почвы впоследствии подвергаются изменениям, механизм которых полностью неясен, в присутствии сольватированных электронов, образовавшихся при растворении металлов в аммиаке. Это значит, что при контактировании аммонийной дисперсии почвы с щелочными или щелочноземельными металлами сольватированные электроны образуются в смеси in situ. Оказывается, что в некоторых случаях сольватированные электроны облегчают отделение более мелких частиц почвы.

В некоторых случаях, когда размер поперечного сечения частиц больше, чем это желательно, электроны, сольватированные в жидком аммиаке, способствуют более оптимальному разделению и отделению более мелких частиц, содержащих ядерные отходы от других частиц суспензии.

Как и в случае первого варианта изобретения, вышеописанный второй вариант изобретения предполагает стадию выделения и возвращения в цикл аммиака со стадии (д) для повторного применения. Точно так же осажденные твердые частицы почвы со стадии (г) "достаточно освобождены" от радиоизотопов, чтобы позволить осуществить рекультивацию огромных объемов почвы.

В соответствии с данным изобретением, относящимся к очистке почвы, содержащей вредные вещества, предложены также способы очистки почвы, содержащей жидкую ртуть, включающие стадии:
(а) смешения в закрытом сосуде аммиачной жидкости, такой как безводный жидкий аммиак, с загрязненной почвой, содержащей перловидные капли жидкой ртути с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиак-ртуть,
(б) осаждения частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии, содержащей аммиак-ртуть, со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость-твердые частицы, содержащей пыль, диспергированную в жидком аммиаке, и
(в) коалесценции капель ртути и отделения их от нижней фазы частиц почвы с целью сбора ртути.

Из-за очень высокой плотности ртути, почти в 14 раз превышающей плотность воды, она может быть отделена от почвы и собрана. Скоалесцировавшая жидкая ртуть легко осаждается из смеси и собирается на дне сосуда, откуда ее легко удалить через клапан на дне сосуда.

Что касается других вариантов изобретения, описанных ранее, способы очистки почвы при помощи аммиачной жидкости, предпочтительно, включают стадию отделения аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы путем дистилляции. Аммиак можно также отделить от верхнего слоя частиц почвы испарением и повторным сжижением при помощи компрессора, эта технология и оборудование известны.

Еще одним аспектом изобретения является обработка почвы, содержащей смешанные отходы, когда суспензия или дисперсия загрязненной почвы получается предпочтительно, в присутствии безводного жидкого аммиака, что позволяет отделить и выделить загрязняющие вещества. Кроме капель жидкой ртути почвы могут быть также загрязнены ядерными отходами, содержащими радионуклид и радиоактивный изотопный металл. Они обычно включают металлы группы актинидов, например, уран, плутоний, торий или их смеси.

Верхняя фаза жидкость - твердые вещества, представляющая собой суспензию частиц почвы, содержит большую часть ядерных отходов. Частички почвы нижней твердой фазы содержат капли очень плотной ртути. После того как они скоалесцируют, облегчается их отделение и выделение.

Другие смешанные отходы включают органические соединения, негалогенированные соединения и галогенированные органические соединения, такие как ПХБ, диоксины, пестициды, включая инсектициды, гербициды и т.д.

Таким образом, кроме почв, загрязненных ртутью, согласно изобретению можно обрабатывать почвы, которые также загрязнены химическими соединениями и соединениями, которые разлагаются или восстанавливаются в более простые вещества с меньшей токсичностью.

Дисперсию почвы со стадии (а), содержащую аммиачную жидкость-ртуть-органические соединения, обрабатывают реакционноспособным металлом, например, щелочным металлом, щелочноземельным металлом и алюминием, с образованием сольватированных электронов in situ. Сольватированные электроны в почве, загрязненной смешанными отходами, восстанавливают или деструктируют органическое соединение, в то время как капли ртути осаждаются в нижнюю твердую фазу частиц почвы и коалесцируют, затем их удаляют со дна сосуда.

Краткое описание чертежей.

Для дальнейшего понимания изобретения и его отличительных признаков будут сделаны ссылки на следующие сопутствующие чертежи, где
на фиг. 1 показана схема осуществления лучшего варианта изобретения по примеру I ниже,
на фиг. 2 дано схематическое изображение лабораторного реактора, в котором почву, загрязненную ртутью, обрабатывают согласно способу, описанному в примере II, и
на фиг. 3 показан лабораторный реактор, используемый для очистки почвы, загрязненной ртутью, по примеру III.

Описание предпочтительных вариантов изобретения.

Изобретение относится к усовершенствованным способам отделения от почвы нежелательных ядерных отходов, в частности радионуклидов, как это описано ранее, путем концентрирования их в очень маленьких частицах или пыли почвы, или глины. Мельчайшие частицы, содержащие, например, концентрированные радионуклиды, находятся, таким образом, в таком состоянии, которое позволяет эффективное использование, например, хранение, или дальнейшую обработку для превращения вредных веществ в менее токсичные и более благоприятные для окружающей среды вещества.

Способы основаны на наблюдении, что жидкий аммиак обладает уникальной способностью разбивать почву на очень мелкие частицы. Также было найдено, что суспензии того, что оказывается чрезвычайно мелкими частицами, можно получить смешением почвы с аммиаком. Почвы, загрязненные радионуклидами, смешиваются, предпочтительно, с безводным жидким аммиаком с образованием тонкодисперсных дисперсий или суспензий. Из-за низкой плотности аммиака в сравнении с водой, значительно более мелкие частицы почвы остаются суспендированными в жидкости, и частицы, которые иначе были бы суспендированы в воде, легко осаждаются из дисперсии из-за меньшей плотности и вязкости аммиака.

Большая объемная фракция почвы, состоящая из более крупных осажденных частиц, почти не содержит радионуклида или ионов вредного нерадиоактивного металла или металлоида, что позволяет рекультивировать большие объемы обработанной почвы.

В отличие от ядерных отходов, когда большая часть загрязняющего вещества концентрируется в мелких частицах почвы в верхней фазе жидкость - твердые частицы суспензии почвы, содержащей аммиак, при обработке почвы, загрязненной металлической ртутью, капли металла легко осаждаются из раствора с более крупными частицами почвы и коалесцируют на дне сосуда. Из-за очень высокой плотности ртути капли собираются в нижней части сосуда, откуда их выделяют и используют повторно. Полагают, что жидкий аммиак, как и в случае почвы, загрязненной ядерными отходами, также играет важную роль в процессе измельчения почвы с получением тонкодисперсных суспензий для облегчения отделения и очистки почвы от мелких диспергированных капель ртути.

Настоящее изобретение особенно пригодно для очистки почв, загрязненных смешанными отходами, то есть почв, содержащих, по меньшей мере, два разных класса загрязняющих веществ, особенно ртуть и радиоактивные отходы.

Масса радиоактивных отходов распределяется в более мелких частицах почвы в верхней фазе суспензии, а ртуть легко осаждается из суспензии вместе с более крупными частицами почвы на дне сосуда, откуда отбирают коалесцированный жидкий металл. Верхняя фаза жидкость-твердые частицы, содержащая аммиак, мельчайшие частицы почвы и радиоактивные отходы, отбирается из сосуда, аммиак испаряется, а более мелкие частицы почвы и ядерные отходы отправляются на хранение или дальнейшую переработку. Почва, таким образом, рекультивируется.

Почва, загрязненная ртутьсодержащими смешанными отходами и органическими соединениями и особенно полигалогенированными органическими соединениями, такими как галогенированные углеводороды, например ПХБ, может быть также обработана с образованием химических модифицированных веществ и переведена тем самым в нетоксичное состояние.

Почва, загрязненная ртутью и органическими соединениями, точно так же суспендируется в закрытом сосуде. Безводный жидкий аммиак способствует измельчению почвы и десорбции токсичных галогенированных органических соединений из частиц почвы. Кроме того суспензия почвы, содержащая аммиак, обрабатывается щелочным металлом, например натрием, калием и литием, или щелочноземельным металлом, например кальцием, магнием и т.д.; в процессе растворения металла образуются сольватированные электроны. Суспензия должна содержать сольватированные электроны в достаточной концентрации, нужной для восстановления полигалогенированного органического соединения до вещества, более безопасного для окружающей среды. Обычно эта концентрация равна примерно от 0,1 до примерно 2,0 М. В каждом случае необходимое количество металла - это то количество, которое требуется для получения достаточного количества электронов и химического восстановления галогенированного соединения. Образование сольватированных электронов и их использование описаны в пат. США 5110364, включенном в качестве ссылки.

Преимуществом является то, что токсичные органические соединения не нужно отделять от почвы, но почву, содержащую ртуть и органическое соединение, можно предварительно обработать жидким аммиаком, дать каплям ртути отделиться и суспензию почвы, содержащую аммиак и органическое соединение, обработать реакционноспособным металлом, как описано ранее, с образованием сольватированных электронов в суспендированной почве.

Следующие конкретные примеры иллюстрируют изобретение, однако, следует иметь в виду, что они не ограничивают объем изобретения.

Пример I.

Способы по изобретению можно осуществить при помощи системы, показанной на фиг.1.

Закрытый реактор 10 используют в качестве смесителя для почвы, загрязненной ядерными отходами, 14, расположенной на дне сосуда. Термин "почва" имеет свое обычное значение и включает один или несколько компонентов в изменяющемся соотношении, такие как глина, камень, измельченные частицы горной породы или песок, органическое вещество, вместе с изменяющимися качествами воды и т.д. Очевидно, что состав почвы будет изменяться в широких пределах в зависимости от источника и его местонахождения. Например, почвы из пустыни или других засушливых районов являются в основном песчаными с небольшим количеством органических веществ или глины. Один образец почвы из штата Огайо, известный как Ohio Loam (суглинок из Огайо), как было установлено, содержит 35% песка, 32% алеврита, 33% глины и 4,1% органических веществ и имеет pH 7,7. По контрасту почва из Ohio Ridge, TN содержит только 1% песка, 26% алеврита, 73% глины, не содержит органики и имеет pH 5,2. Таким образом, термин "почва" для целей данного изобретения имеет широкий смысл, включая составы с различными соотношениями глины, измельченной горной породы и песка, органических веществ, алевритовой мелочи, влаги и т.д. Такие составы включают также почвы, состоящие в основном из глины или песка.

Безводный жидкий аммиак 16 или раствор жидкого аммиака, содержащий небольшое количество воды, вводят в закрытый реактор 10 из емкости 18 для хранения аммиака. После наполнения реактора жидкий аммиак выводится из реактора 10 из точки, расположенной ниже поверхности жидкости при помощи циркуляционного насоса 20, расположенного на выходной линии 22. Поток аммиака направляется посредством перепускных тройных клапанов 24-25 или в байпасную линию 26, или в устройство для растворения 28, в котором содержится слой реактивного металла 30, например щелочного или щелочноземельного металла или их смесь. Примеры металлов включают натрий, калий, литий, кальций и магний. Подходящим металлом является также алюминий. При циркуляции аммиака 16 через слой металла в реакторе 28 образуются сольватированные электроны.

Это позволяет избежать проблем, связанных с установкой металлических прутков или других источников металла непосредственно в реакционном сосуде 10. Соответственно способы по данному изобретению предлагают обеспечение более легкого разделения частиц по размерам и выделение радиоактивных компонентов в частицах почвы и глины с аммиаком и электронами, сольватированными в аммиаке.

При циркуляции аммиака через байпасную линию 26 или через реактор 28 раствор рециркулирует на дно реактора 10 через клапан 32, обеспечивая движущийся поток в реакторе. Это оказывает перемешивающее действие на почву и раствор аммиака и/или сольватированных электронов с получением суспензии. Как только обеспечивается равномерное диспергирование почвы в аммиаке, насос 20 деактивируется, чтобы осуществлялось фазовое разделение дисперсии, т.е. на нижнюю твердую фазу и верхнюю фазу жидкость - твердые частицы. Крупные частицы, содержащиеся в дисперсии, осаждаются в виде твердой фазы 34 на дне реактора 10, и они практически не содержат радионуклиды, которые концентрируются в более мелких частицах почвы, представляющих собой мелочь или алеврит, диспергированные в растворе аммиака, в виде верхней фазы 36 жидкость - твердые вещества.

Суспензия взвешенных частиц, образующая верхнюю фазу 36, выводится из реактора 10 в испаритель 38 по линии 40 путем открывания клапана 42. Аммиак 43 испаряется для отделения его от радиоактивной мелочи 44. Аммиак можно передавать по линии 48 в компрессор 46 на повторное сжижение, если желательно вернуть в цикл аммиак для дальнейшего использования в процессе очистки. Сжиженный аммиак затем переходит в емкость 18 для хранения аммиака по линии 50.

Таким образом, способы по изобретению обеспечивают преимущества выделения ядерных отходов при помощи более мелких частиц в сравнении с использованием вредных систем; позволяют осуществлять рецикл аммиака, недостижимый в системах, основанных на более дорогой промывке химическими реагентами; обеспечивают средства для легкого отделения мельчайших частиц от жидкого аммиака; не требуют транспортировки и хранения воды в пустынных районах и обеспечивают дополнительные возможности регулирования размеров частиц в заданном интервале при помощи сольватированных электронов.

Пример II.

Для того чтобы продемонстрировать отделение ртути от почвы, 100 г образца, допированного примерно 20000 ч. на миллион (около 2%) элементарной ртути, помещают в лабораторный автоклав, имеющий конфигурацию, показанную на фиг.2.

Безводный жидкий аммиак вводят в автоклав для сжижения почвы и получения суспензии почвы в аммиаке.

Затем включают мешалку и перемешивают почву с аммиаком в течение 2 мин. В это время начинают отвод аммиака для создания турбулентности в сосуде, продолжающейся после остановки мешалки.

Сразу же после остановки мешалки нагревают участок, где расположен самый нижний ниппель для сбора ртути, чтобы ускорить барботирование от донной части реактора для ускорения отделения более мелких частиц почвы и осаждение ртути вблизи ниппелей для сбора ртути.

Нагрев продолжают в течение примерно 15 мин и затем оставляют реактор на ночь, чтобы аммиак испарился.

На следующее утро реактор открывают, прежде всего открывая ниппель для сбора ртути и удаляя большую часть почвы, которая осела на дно.

Видны серебристые капли ртути.

Подобным образом отбирают образец почвы из верхнего слоя почвы в реакторе и тщательно его исследуют. В этом образце не видно серебристых капель ртути.

Пример III.

Далее, 100 г почвы, допированной ртутью, вводят в сосуд, находящийся под давлением, содержащий сита и насос для рециркуляции, как показано на рис.3.

Затем вводят в реактор безводный жидкий аммиак и включают насос для ускорения турбулентности.

Насос работает в течение примерно 20 мин, перекачивая аммиак, затем его выключают. Аммиак отводят (V) из реактора а, оставляя последний на ночь.

На следующий день реактор открывают и удаляют для исследования почвы. Неожиданно ртуть отделилась от почвы и собралась в основном на сите 100 меш. , а не около ниппеля для сбора ртути. Тот факт, что ртуть собралась на сите, показывает эффективность действия жидкого аммиака в процессе отделения ртути от почвы.

Хотя были описаны различные варианты изобретения, они являются только иллюстративными. Соответственно, специалистам, с учетом вышеприведенного подробного описания, очевидны различные изменения и модификации, изобретение охватывает все такие изменения, объем его определяется нижеследующей формулой.

Формула изобретения

1. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) отделение указанной верхней фракции жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов и (г) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аммиачную жидкость возвращают в цикл на стадии (г).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, содержащей глину, измельченную горную породу и органическое вещество.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерными отходами, содержит, в основном, песок.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что использованием песка, содержащего радионуклид, выбранный из групп, включающей уран, плутоний и их смеси.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы на стадии (г) осуществляют дистилляцией.

9. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений и последующей деструкции загрязнений сольватированными электронами, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ядерными отходами, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ядерные отходы; (б) обработку дисперсии или суспензии со стадии (а) сольватированными электронами при контакте с реакционноспособным металлом; (в) селективное осаждение частиц почвы из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (г) отделение указанной верхней фазы жидкость - твердые вещества от указанной нижней фазы частиц почвы, причем нижняя фаза в достаточной степени очищена от указанных ядерных отходов, и (д) отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы, содержащих ядерные отходы, с целью дальнейшего использования или дальнейшей обработки указанных частиц.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости со стадии (д).

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак и реакционноспособным металлом является элемент, выбранный из группы, включающей щелочной металл и щелочноземельный металл.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что стадию (б) осуществляют путем циркуляции, по меньшей мере, части суспензии, содержащей реакционноспособный металл, где он растворяется и суспензия возвращается в закрытый сосуд для обработки оставшейся части суспензии сольватированными электронами.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид и почва содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что почва, загрязненная ядерным отходом, представляет собой, в основном, песок.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что почва со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что песок со стадии (а) содержит радионуклид, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси.

18. Способ по п.9, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от мельчайших частиц почвы на стадии (д) осуществляют дистилляцией.

19. Способ очистки почвы с использованием добавляемого к почве аммиака для освобождения от загрязнений, отличающийся тем, что включает следующие операции: (а) смешение аммиачной жидкости с почвой, загрязненной ртутью, в закрытом сосуде с образованием дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть; (б) осаждение частиц почвы и ртути из дисперсии или суспензии со стадии (а) с образованием нижней фазы частиц почвы, содержащих капли ртути, и верхней фазы жидкость - твердые вещества, содержащей мельчайшие частицы почвы, диспергированные в указанной аммиачной жидкости; (в) коалесценции капель ртути для выделения из указанной нижней фазы частиц почвы.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью является безводный жидкий аммиак или раствор, содержащий аммиак.

21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что он включает дополнительную стадию выделения и возвращения в цикл аммиачной жидкости.

22. Способ по п.19, отличающийся тем, что капли ртути со стадии (в) собирают на дне закрытого сосуда.

23. Способ по п.19, отличающийся тем, что почва на стадии (а) содержит смешанные отходы.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что стадиями обработки дисперсии или суспензии почвы, содержащей аммиачную жидкость - ртуть, сольватированными электронами при контактировании с реакционноспособным металлом.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что реакционноспособный металл выбран из группы, включающей щелочной металл, щелочноземельный металл и илюминий.

26. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и органическое соединение.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что органическое соединение является галогенированным.

28. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является пестицидом.

29. Способ по п.27, отличающийся тем, что галогенированное органическое соединение является ПХБ.

30. Способ по п. 23, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть и ядерные отходы.

31. Способ по п. 24, отличающийся тем, что смешанные отходы содержат ртуть, ПХБ и ядерные отходы.

32. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы содержат, по меньшей мере, один радионуклид.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что радионуклидом является элемент, выбранный из группы, включающей уран, плутоний и их смеси.

34. Способ по п.30, отличающийся тем, что ядерные отходы концентрируются, в основном, в мельчайших частицах почвы верхней фазы жидкость - твердые вещества.

35. Способ по п.24, отличающийся тем, что аммиачной жидкостью на стадии (а) является безводный жидкий аммиак.

36. Способ по п.22, отличающийся тем, что загрязненная почва на стадии (а) содержит, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глину, измельченную горную породу и органическое вещество.

37. Способ по п.21, отличающийся тем, что отделение аммиачной жидкости от частиц почвы осуществляют дистилляцией.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3